設施櫻桃幼苗對NaCl脅迫的生理響

應束靖 劉素慧 張愛花 王金全 連昕宇

摘要 為探究櫻桃幼苗對鹽脅迫的耐受范圍及其對鹽脅迫的響應機制，以“春露”櫻桃為試材，借助營養(yǎng)液沙培盆栽的方式，研究不同濃度的NaCl脅迫對設施櫻桃幼苗光合色素、光合參數(shù)及抗氧化酶保護系統(tǒng)的影響。結果表明，在NaCl濃度0～0.7%時，設施櫻桃幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類胡蘿卜素含量隨NaCl濃度的增加而逐漸降低，且在NaCl濃度0.7%時上述指標最小，較對照分別降低35.92%、33.33%、35.12%、56.25%，與對照差異顯著（P<0.05）。凈光合速率、蒸騰速率隨NaCl濃度的增加而降低，胞間CO2濃度呈先降低后增加的變化趨勢，且在NaCl濃度0.3%時最小，較對照減小12.31%，與對照差異顯著（P<0.05）。NaCl濃度為0～0.3%時，鹽脅迫強度的增加刺激SOD、POD活性的提高;NaCl濃度在0.5%～0.7%時，鹽脅迫強度的增加抑制SOD、POD活性的提高。

關鍵詞 櫻桃;NaCl脅迫;光合色素;光合參數(shù);保護酶

中圖分類號 S 662.5? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）23-0040-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.23.012

Physiological Response of Protected Cherry Seedlings to NaCl Stress

SHU Jing1，LIU Su-hui1，ZHANG? Ai-hua2 et al

（1.Shandong Agriculture and Engineering University，Jinan，Shandong 250100;2.Gaotang Forestry Bureau，Gaotang，Shandong 252800）

Abstract In order to explore the tolerance range of cherry seedlings to salt stress and its response mechanism to salt stress，the effects of different concentrations of NaCl stress on photosynthetic pigment，photosynthetic parameters and antioxidant enzyme protection system of cherry seedlings in greenhouse were studied by using “Chunlu” cherry as material and sand culture pot culture with nutrient solution.The results showed that in the range of 0-0.7%，the contents of chlorophyll a，chlorophyll b，chlorophyll a+b and carotenoids in leaves of cherry seedlings decreased gradually with the increase of NaCl concentration，and the above indexes were the lowest when the concentration of NaCl was 0.7%，which decreased by 35.92%，33.33%，35.12% and 56.25% respectively compared with the control （P<0.05）.The net photosynthetic rate and transpiration rate decreased with the increase of NaCl concentration，and intercellular CO2 concentration decreased first and then increased，and the lowest value was at 0.3% NaCl concentration，which decreased by 12.31% compared with the control （P<0.05）.In the range of 0-0.3% NaCl concentration，the increase of salt stress intensity stimulated the increase of SOD and POD activities;in the range of 0.5%-0.7% NaCl concentration，the increase of salt stress intensity inhibited the increase of SOD and POD activities.

Key words Cherry;NaCl stress;Photosynthetic pigment;Photosynthetic parameters;Protective enzymes

基金項目 山東省高等學?？蒲邪l(fā)展計劃A類項目（J17KA155）。

作者簡介 束靖（1979—），女，山東淄博人，副教授，博士，從事設施果樹栽培研究。

收稿日期 2021-03-12

據(jù)統(tǒng)計，世界上有接近1/3的土地為鹽堿地[1]，我國鹽堿地占總耕地面積的1/5，鹽堿地面積達760 hm2以上[2]。目前，鹽脅迫已成為繼干旱脅迫之后的又一大阻礙作物生長發(fā)育的影響因子。鹽脅迫能夠抑制種子的萌發(fā)、根的伸長、葉面積的增大，降低出苗率，使細胞膜發(fā)生膜脂過氧化，抑制根系對K+、Ca2+等礦質營養(yǎng)離子的吸收[3]及植物的光合能力[4]。因此，了解植物對鹽脅迫的響應機制，提高植物的抗鹽脅迫能力，是當前現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展迫切需要解決的重要問題之一。

目前，有關鹽脅迫在棉花[5]、水稻[6]、擬南芥[7]、薄荷[8]、蠟梅[9]等作物上已有較多研究，而有關鹽脅迫在甜櫻桃上的研究較少，且主要集中在耐鹽櫻桃砧木的選擇上，而有關鹽脅迫對櫻桃幼苗光合色素、抗氧化酶保護系統(tǒng)等生理特性方面的研究較少。為此，筆者研究不同濃度鹽脅迫對櫻桃幼苗光合色素含量、光合參數(shù)及抗氧化酶保護系統(tǒng)的影響，以期探究櫻桃幼苗能夠忍受的鹽脅迫范圍及櫻桃幼苗對鹽脅迫的響應機制，為鹽漬化地區(qū)櫻桃栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 供試材料為櫻桃新品種“春露”，由中國農(nóng)業(yè)科學院鄭州果樹研究所選育。

1.2 試驗設計

試驗于2020年3月在濟南農(nóng)業(yè)工程學院試驗站日光溫室內進行。將經(jīng)過70 d低溫沙藏處理的櫻桃種子播種于32孔穴盤內，待長出3片真葉時連帶根部基質一起移栽于直徑20 cm、高25 cm的塑料盆中，每盆移栽2株，共移栽150盆。塑料盆內裝滿洗凈、殺菌消毒后的河沙。設置4個處理和1個對照，4個處理分別為NaCl濃度0.1%（T1）、0.3%（T2）、0.5%（T3）、0.7%（T4），NaCl濃度為0時作對照（CK）。用添加不同濃度NaCl的Hoagland營養(yǎng)液進行澆灌，每處理3次重復，每個重復10盆。處理25 d后對各生理指標進行測定。

1.3 測定項目與方法

櫻桃幼苗葉片光合色素含量采用分光光度法進行測定[10]。櫻桃幼苗葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）和胞間CO2濃度（Ci）使用CIRAS-2光合儀進行測定，每處理測定3次，取平均值。采用氮藍四唑法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性，采用愈創(chuàng)木酚比色法測定過氧化物酶（POD）活性[11]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)與圖表處理使用Microsoft Excel 2007軟件，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析使用DPS 7.02軟件。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對設施櫻桃幼苗葉片光合色素含量的影響 由表1可知，隨著鹽脅迫強度的增加，櫻桃幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類胡蘿卜素含量均呈逐漸降低的趨勢，這說明鹽脅迫能抑制櫻桃幼苗葉片葉綠素的合成。當NaCl濃度為0.1%時，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類胡蘿卜素與對照差異均不顯著（P>0.05）;NaCl濃度為0.3%時，葉綠素a、葉綠素b與對照差異均不顯著（P>0.05），而葉綠素a+b和類胡蘿卜素與對照差異顯著（P<0.05）;NaCl濃度為0.5%、0.7%時，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類胡蘿卜素含量與對照差異均顯著（P<0.05），且在NaCl濃度為0.7%時上述指標值最小，較對照分別降低35.92%、33.33%、35.12%、56.25%，這表明在高鹽脅迫下櫻桃幼苗葉片葉綠素受損嚴重。

2.2 鹽脅迫對設施櫻桃幼苗葉片光合參數(shù)的影響 由表2可知，櫻桃幼苗葉片凈光合速率在不同濃度NaCl處理下存在差異，處理與對照差異均顯著（P<0.05），處理間差異顯著（P<0.05）。隨著NaCl濃度（0～0.7%）的增加，設施櫻桃幼苗葉片凈光合速率逐漸降低，至NaCl濃度0.7 %時最低，與對照相比降低了47.73%。氣孔導度、蒸騰速率的變化規(guī)律與凈光合速率的變化規(guī)律一致，也隨NaCl濃度的增加而降低，且各處理與對照差異顯著（P<0.05）。NaCl濃度為0～0.3%時，設施櫻桃幼苗葉片胞間CO2濃度隨鹽脅迫濃度的增大而降低，至NaCl濃度0.3%時最小，較對照降低12.31%;NaCl濃度為0.5%～0.7%時，櫻桃幼苗葉片胞間CO2濃度隨鹽脅迫濃度的增加而增大，至NaCl濃度0.7%時最大，較對照增加17.18%。

2.3 鹽脅迫對設施櫻桃幼苗葉片抗氧化保護酶系統(tǒng)的影響 由圖1可知，低濃度的鹽脅迫（NaCl濃度0.1%）雖然提高了櫻桃幼苗葉片SOD活性，但影響不顯著;當NaCl濃度0.3%時，SOD活性繼續(xù)升高，較對照增加22.74%，與對照差異顯著（P<0.05）;當繼續(xù)增加NaCl濃度至0.5%和0.7%時，SOD活性降低，并顯著低于對照，這說明抗氧化保護酶SOD對機體活性氧的清除能力受鹽脅迫濃度的制約。POD的變化規(guī)律與SOD類似，隨鹽脅迫濃度的增加呈先升高再降低的規(guī)律，且在NaCl濃度0.3%時活性最大，較對照提高21.12%。另外，4個處理下的POD活性均與對照差異顯著，且4個處理間POD活性差異亦顯著，這表明POD對鹽脅迫的響應比SOD敏感。

3 結論與討論

光合色素是光能的重要受體，是植物進行光合作用的重要色素，但其也易受外界環(huán)境等因素的影響[12]，其含量可反映植物器官和組織遭受逆境脅迫的程度[13]。袁斌玲等[14]研究認為，50和150 mmol/L的NaCI脅迫均降低金葉銀杏葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類胡蘿卜素含量。郝永勝等[15]研究表明，NaCl脅迫濃度的增加降低了甜瓜幼苗葉片光合色素含量。該試驗結果表明，鹽脅迫能夠降低櫻桃幼苗光合色素含量，該結果與前人研究結果基本一致。另外，該試驗結果表明，低鹽脅迫（NaCl濃度0.1%）對櫻桃幼苗光合色素含量的影響不顯著，而高鹽脅迫（NaCl濃度0.5%、0.7%）能夠顯著降低櫻桃幼苗葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a+b和類胡蘿卜素含量，這是因為鹽脅迫能提高葉綠素酶的活性，加速葉綠素的分解，降低葉綠素含量，同時高鹽逆境脅迫條件下，植物細胞色素系統(tǒng)受到破壞，致使葉綠素含量減少[16]。

光合作用是綠色植物制造有機物、獲取能量的重要方式[17]，也是植物進行生長發(fā)育的重要保障，但植物光合速率低常受到鹽脅迫、干旱脅迫、溫度、養(yǎng)分等多種外界因素的影響。尹勇剛等[18]研究表明，隨著NaCl濃度的升高，葡萄砧木葉片凈光合速率、氣孔導度與蒸騰速率顯著下降。楊洋等[19]研究指出，隨著鹽脅迫程度的增大，油菜幼苗葉片凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率均表現(xiàn)出先降低后升高的變化規(guī)律。該試驗條件下，NaCl濃度為0～0.7%時，櫻桃幼苗葉片凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率隨NaCl濃度的增加而降低，而胞間CO2濃度表現(xiàn)出先降低后升高的變化趨勢?？梢?，不同植物的光合特性對鹽脅迫的反應并不完全相同，這除與植物自身的遺傳特性有關外，還應與不同試驗設計的鹽脅迫強度有關。在NaCl濃度為0～0.3%時，櫻桃幼苗葉片氣孔導度、胞間CO2濃度隨NaCl脅迫強度的增加而降低，二者變化規(guī)律一致，說明在此濃度范圍內引起的櫻桃幼苗葉片凈光合速率的降低是氣孔因素限制所致，這應該是植株遭遇鹽脅迫等逆境條件時，根部細胞吸水困難，向上運輸水分的能力降低，葉片保衛(wèi)細胞失水導致氣孔逐漸閉合，氣孔導度下降使外界CO2進入細胞的數(shù)量減少，致使胞間CO2濃度降低[20]，這與Morales等[21]在大麥（Hordeum vulgare L.）上的研究結果一致。在NaCl濃度為0.5%～0.7%時，隨著NaCl脅迫強度的增加，櫻桃幼苗葉片氣孔導度繼續(xù)下降，而胞間CO2濃度逐漸升高，二者變化不再一致。這應該是由非氣孔因素限制導致的胞間CO2濃度升高，如葉綠素含量降低、光合酶受損等[22]。

正常情況下，植物體內的活性氧代謝保持一個動態(tài)平衡，但在遭受逆境脅迫時活性氧含量升高，超出一定閾值時即會對植物細胞膜造成傷害?？寡趸副Ｗo系統(tǒng)是植物抵御逆境脅迫的重要系統(tǒng)，而超氧化物歧化酶（SOD）是保護系統(tǒng)中清除活性氧自由基最關鍵的保護酶之一，它與過氧化物酶（POD）等協(xié)同作用，抵御活性氧等自由基的歧化反應[23]。張冠初等[24]研究表明，鹽脅迫和旱鹽共同脅迫處理均降低花生SOD、POD、CAT活性。蔡翔君等[25]研究指出，在NaCl濃度為0～200 mmol/L時，甘薯幼苗葉片SOD活性表現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢。該試驗結果表明，0～0.3%的NaCl濃度提高了設施櫻桃幼苗葉片SOD、POD活性，0.5%～0.7%的NaCl濃度鹽脅迫抑制了設施櫻桃幼苗葉片SOD、POD活性?？梢?，鹽脅迫對植物POD、SOD活性影響結果并不完全一致，這應該與試驗設計的鹽濃度不同、植物的耐鹽特性存在差異有關。該試驗結果表明，低鹽脅迫能提高設施櫻桃幼苗葉片SOD、POD活性，而高鹽脅迫則抑制設施櫻桃幼苗葉片SOD、POD活性，這是因為低濃度的鹽脅迫增強了抗氧化酶基因在轉錄水平上的表達[26]，而高濃度的鹽脅迫下，SOD催化產(chǎn)生的H2O2不能被降解到一個合理水平而在植株體內大量積累[27]，加之POD又能催化活性氧與H2O2反應產(chǎn)生羥基自由基，進一步加重過氧化作用，引起葉片膜脂過氧化，使保護酶系統(tǒng)遭受破壞[28]。

參考文獻

[1]牛冬玲，王啟基.鹽堿地治理研究進展[J].土壤通報，2002，33（6）：449-455.

[2] 王亞，楊俊芳，王宙，等.蓖麻種子萌發(fā)與幼苗生長對鹽脅迫的生理響應[J].山西農(nóng)業(yè)科學，2019，47（10）：1705-1708.

[3] KHAN M A，UNGAR I A，SHOWALTER A M.Effects of sodium chloride treatments on growth and ion accumulation of the halophyte Haloxylon recurvum[J].Communications in soil science and plant analysis，2000，31（17/18）：2763-2774.

[4] KALAJI H M，? JAJOO?? A，? OUKARROUM A，et al.Chlorophyll a fluorescence as a tool to monitor physiological status of? plants? under abiotic? stress? conditions[J].Acta physiologiae plantarum，2016，38（4）：102-112.

[5] 郭新送，蘇秀榮，范仲卿，等.鹽分脅迫下控釋尿素配施腐植酸對棉花幼苗生長和抗氧化系統(tǒng)的影響[J].土壤，2021，53（1）：112-117.

[6] 張桂云，朱靜雯，孫明法，等.鹽脅迫條件下長白10號水稻籽粒中差異代謝物的分析[J].中國農(nóng)業(yè)科學，2021，54（4）：675-683.

[7] 陳果，曲衍杰，任桓質，等.VpSBP3基因負向調控轉基因擬南芥鹽脅迫抗性[J].青島農(nóng)業(yè)大學學報（自然科學版），2021，38（1）：7-14.

[8] 嚴卓立，李愛，張源一，等.十二種薄荷對NaCl脅迫的生理響應與綜合評價[J].植物生理學報，2021，57（1）：159-168.

[9] 李海燕，邵金彩，王靜，等.NaCl脅迫對5年生蠟梅生長及生理特性的影響[J].東北林業(yè)大學學報，2021，49（3）：31-38.

[10] 鄒琦.植物生理生化實驗指導[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000：168-170.

[11] 李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京：高等教育出版社，2000：165-167.

[12] 王素平，李娟，郭世榮，等.NaCl脅迫對黃瓜幼苗植株生長和光合特性的影響[J].西北植物學報，2006，26（3）：455-461.

[13] CUTRARO J，GOLDSTEIN N.Cleaning up contaminants with plants[J].Biocycle，2005，46：30-32.

[14] 袁斌玲，王瑞敏，陳穎，等.NaCl處理下茉莉酸甲酯對金葉銀杏光合色素、抗氧化性及黃酮代謝的調控作用[J].西北林學院學報，2020，35（2）：64-71.

[15] 郝永勝，劉熙，汪季濤，等.NaCl脅迫對甜瓜幼苗相關生理指標的影響[J].湖南文理學院學報（自然科學版），2020，32（3）：59-64.

[16] HOSHIDA H，TANAKA Y，HIBINO T，et al.Enhanced tolerance to salt stress in transgenic rice that overexpresses chloroplast glutamine synthetase[J].Plant molecular biology，2000，43（1）：103-111.

[17] 孫云飛，張文明，巢建國，等.鹽脅迫對茅蒼術葉綠素含量及葉綠素熒光參數(shù)的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學，2020，48（4）：146-149.

[18] 尹勇剛，袁軍偉，劉長江，等.NaCl脅迫對葡萄砧木光合特性與葉綠素熒光參數(shù)的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科技導報，2020，22（8）：49-55.

[19] 楊洋，王亞娟，陰法庭，等.鹽堿脅迫對油菜苗期生理及光合特性的影響[J].北方園藝，2020（15）：1-8.

[20] 李旭新，劉炳響，郭智濤，等.NaCl脅迫下黃連木葉片光合特性及快速葉綠素熒光誘導動力學曲線的變化[J].應用生態(tài)學報，2013，24（9）：2479-2484.

[21] MORALES F，ABADA A，GMEZ-APARISI J，et al.Effects of combined NaCl and CaCl2 salinity on photosynthetic parameters of barley grown in nutrient solution[J].Physiologic plantarum，1992，86（3）：419-426.

[22] 趙佳偉，李清亞，路斌，等.NaCl脅迫下北美豆梨和杜梨的光合熒光參數(shù)比較[J].北方園藝，2019（22）：97-104.

[23] 張傳來，賈文慶.銅脅迫對紅梨葉片膜透性及酶活性的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學，2008，47（9）：1044-1045.

[24] 張冠初，張智猛，慈敦偉，等.干旱和鹽脅迫對花生滲透調節(jié)和抗氧化酶活性的影響[J].華北農(nóng)學報，2018，33（3）：176-181.

[25] 蔡翔君，關詩揚，過曉明.鹽脅迫對3種甘薯品種抗氧化酶及可溶性蛋白含量的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2012，40（17）：9228-9229.

[26] 肖國增，滕珂，李林潔，等.鹽脅迫下匍匐翦股穎抗氧化酶活性及基因表達機制研究[J].草業(yè)學報，2016，25（9）：74-82.

[27] 金進，葉亞新，李丹，等.重金屬銅對玉米的影響[J].玉米科學，2006，14（3）：83-86.

[28] 柯世省，朱建，李丹丹，等.銅脅迫對莧菜幼苗生長和抗氧化酶活性的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)學報，2008，20（1）：54-58.